(57)【要約】検出画像を計測システムの光学系の集光路内の視野面で少なくとも２個の瞳面像に分割する計測方法および装置を提供する。プリズム等の光学素子を用いて視野面画像を分割し、視野面および／または照射光源を空間的に分割することにより、および／または２個の偏光種類を用いることにより、複数の目標または目標セルを同時に計測することができる。複数の目標または目標セルを同時に取得することで開示する計測システムのスループットが向上する。
2019526053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射路および集光路を有し、前記集光路内の瞳面に少なくとも１個の検出器を有する光学系を含む計測システムであって、前記光学系が、前記集光路内の少なくとも１個の視野面に、１個の検出画像を少なくとも２個の瞳面像に分割すべく構成された少なくとも１個の光学素子を含む計測システム。
【請求項２】
前記少なくとも２個の瞳面像が、前記システムの単一検出器により検出される、請求項１に記載の計測システム。
【請求項３】
前記少なくとも２個の瞳面像が、前記システムの少なくとも２個の対応する検出器により検出される、請求項１に記載の計測システム。
【請求項４】
前記少なくとも２個の瞳面像が、少なくとも４個の目標に対応していて前記システムにより同時に取得された少なくとも４個の瞳面像を含んでいる、請求項１に記載の計測システム。
【請求項５】
前記照射路が２個の垂直に偏光された照射光源を含み、前記少なくとも２個の瞳面像が、前記システムの少なくとも２個の対応する検出器により検出される、請求項１に記載の計測システム。
【請求項６】
前記照射路および前記集光路が偏光されていて、前記照射路が２個の垂直に偏光された照射光源を含み、前記集光路が２個の垂直に偏光された検出器を含んでいて、前記検出器の各々が、対応して偏光された照射から生じた少なくとも２個の瞳面像を検出する、請求項１に記載の計測システム。
【請求項７】
前記２個の垂直に偏光された照射光源の各々が、前記照射路内の視野面で空間的に分離された少なくとも２個の照射光源を含んでいる、請求項６に記載の計測システム。
【請求項８】
前記少なくとも２個の照射光源が異なる波長範囲にある、請求項７に記載の計測システム。
【請求項９】
前記照射光源のうち少なくとも１個により少なくとも１個の目標セル内を走査すべく構成された少なくとも１個のスキャナを更に含んでいる、請求項６に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記照射路の前記瞳面にアポダイジング開口を更に含んでいる、請求項６に記載の計測システム。
【請求項１１】
前記集光路内の瞳面に少なくとも１個の０次回折次数遮断部を更に含んでいる、請求項１に記載の計測システム。
【請求項１２】
検出画像を計測システムの光学系の集光路内の視野面で少なくとも２個の瞳面像に分割するステップを含む方法。
【請求項１３】
前記計測システムの少なくとも１個の検出器により前記少なくとも２個の瞳面像を同時に取得するステップを更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
単一検出器により前記少なくとも２個の瞳面像を検出するステップを更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも２個の対応する検出器により前記少なくとも２個の瞳面像を検出するステップを更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも２個の瞳面像が、少なくとも４個の目標に対応していて前記計測システムにより同時に取得された少なくとも４個の瞳面像を含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
２個の垂直に偏光された照射光源を有するように前記光学系の照射路を構成するステップを更に含み、少なくとも２個の対応する検出器により前記少なくとも２個の瞳面像を検出するステップを更に含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
２個の垂直に偏光された照射光源を含むように前記照射路を構成し、２個の垂直に偏光された検出器を含むように前記集光路を構成し、更に、対応して偏光された照射から生じた少なくとも２個の瞳面像を検出すべく前記検出器の各々を構成することにより、前記光学系の前記照射路および前記集光路を偏光させるステップを含んでいる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記２個の垂直に偏光された照射光源が異なる波長範囲にある、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記２個の垂直に偏光された照射光の各々を、前記照射路内の視野面で空間的に分離された少なくとも２個の照射光源を含むように構成するステップを更に含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記照射光源のうち少なくとも１個により少なくとも１個の目標セル内を走査するステップを更に含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記集光路内の瞳面で０次回折次数を遮断するステップを更に含んでいる、
請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波散乱計測オーバレイの計測、より具体的には瞳面光学計測システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
光波散乱計測オーバレイ（ＳＣＯＬ）の計測は、回折格子が重なり合った目標に対してオーバレイ計測を実行するものであり、各々の回折格子は異なる処理層に印刷され、典型的にはプログラムされたオーバレイ分だけ互いに等距離且つ逆向きにずれた２個のＸ方向目標および２個のＹ方向目標（ＸおよびＹは直交する計測方向を指す）を含んでいる。オーバレイ目標は、照射路および集光路を有する光学系により計測され、照射路は典型的に狭いスペクトル範囲から照射瞳全体を覆わないように照射を行わせ、集光路は回折格子目標により回析された光を検出器（群）へ誘導する。オーバレイ計測値は、各目標から逆向きの回折次数（例：＋１および−１次回折信号）の相対強度を比較することにより得られる。図１〜３は、光波散乱計測オーバレイ信号の計測に用いる従来技術の計測光学系の模式図である。
【０００３】
図１に、照射光源６２を有する照射路６１および検出器６６を有する集光路６９を含む瞳結像系７０を模式的に示す。ビームスプリッタ６５が、照射光を目標６３へ誘導し、対物レンズ６４を介して反射信号を集光路６９へ誘導する。瞳結像系７０内の光学面を、視野面７３上の目標６３および対物レンズ瞳７４（模式的に示す）に対して画定された、照射路６１内の瞳および視野面７１、７２と、集光路６９内の視野および瞳面７５、７６として示す。隣接する画像は、照射瞳７１（小ＮＡ照射時）、照射視野絞り７２（またはスポット走査範囲）、照射目標７３、集光瞳７４（０次および±１次回折次数）、集光視野絞り７５、およびアレイセンサ（検出器）６６の集光瞳７６に現れる典型的な画像を示す。瞳結像系７０は典型的に、走査されたコヒーレントスポット（７１、７３）による単一目標の照射、および瞳面（７６）に配置された単一のアレイセンサによる＋１および−１次回折次数の同時集光、および集光瞳の同期取得による更なる目標の連続照射光を用いるため、４個の別々の目標からの信号が低速で連続的に取得され、計測の合間にウェーハを移動させる必要がある。
【０００４】
図２に、照射光源６２を有する照射路６１および検出器６６を有する集光路６９を含む視野結像系８０を模式的に示す。ビームスプリッタ６５が、照射光を目標６３へ誘導し、対物レンズ６４を介して反射信号を集光路６９へ誘導する。視野結像系８０内の光学面を、視野面８２上の目標６３および対物レンズ瞳８３（模式的に示す）に対して画定された、照射路６１内の瞳面８１Ａ、８１Ｂ（連続照射の場合）と、集光路６９内の瞳および視野面８４、８５Ａ、８５Ｂ（連続画像の場合）として示す。隣接する画像は、照射瞳８１Ａ（小ＮＡ照射時）、照射目標８２、集光瞳８３（０次、−１次および−２次回折次数）、中継集光瞳８４の開口絞りに現れる典型的な画像、およびアレイセンサ（検出器）６６の目標像８５Ａを示す。後続の照射８１Ｂにおいて、アレイセンサ（検出器）６６に後続目標像８５Ｂが生成される。視野結像系８０は典型的に、単一の斜角からの１個以上の目標を照射、または逆傾斜角度（８１Ａ、８１Ｂ）で同一目標（群）を照射し、０次反射（８４）を含む他の全ての回折次数を遮断しながら目標（群）から単一の１次回折（または逆照射（８５Ａ、８５Ｂ）の場合は単一の逆次数）を集光して、視野面アレイセンサで各目標からの単一回折次数の単離を行う。その結果、視野結像系８０では４個の異なる照射ＡＯＩ（入射角）からの回折の連続的取得が遅くなる。すなわち、ゼロ次以上の回折次数を遮断するには集光ＮＡが小さい（典型的には最大０．４０ＮＡ）ため、集光ＰＳＦのサイズが増大して隣接する目標間、および周辺物体からの外乱が誘発される。特定の目標ピッチに使用できる有効な波長の範囲は、照射ＡＯＩおよび集光ＡＯＩに掛かる制約に起因して制限される。個々の回折次数内の問題領域をマスクアウトする機能が、１次回折内における角解像度の不足により失われ、目標を過剰に覆う照射により、別々の目標を異なる偏光で同時に照射することができなくなる。この構成において、各目標セルへの照射の空間範囲は各セルの境界を越えて広がらなければならない。別々の目標セルで照射が異なる偏光状態となるには、あるセルに対する照射が隣接セルからの信号を乱さないようセル間に充分な間隔がなければならない。それ故にセル間の間隔が広がり、空間的に制御された偏光を行うことが困難なため、これは現実には不可能である。
【０００５】
図３に、照射光源６２を有する照射路６１および検出器６６を有する集光路６９を含む、瞳分割された視野結像系９０を模式的に示す。ビームスプリッタ６５が、照射光を目標６３へ誘導し、対物レンズ６４を介して反射信号を集光路６９へ誘導する。視野結像系９０は、瞳像を分割して検出器６６に４個の視野画像を生成するプリズム６７を集光路６９の瞳面９４に含んでいる。視野結像系９０内の光学面を、視野面９２上の目標６３および対物レンズ瞳９３（模式的に示す）対して画定された、照射路６１内の瞳面９１と、集光路６９内の瞳および視野面９４、９５として示す。隣接する画像は、照射瞳９１、照射目標９２、集光瞳９３（０次、および１次回折次数の一方）に現れる典型的な画像、中継瞳面９４でプリズム６７により分割された瞳像、およびアレイセンサ（検出器）６６上の目標像９５を示し、４個の目標像は各々異なる瞳象限（プリズム形状による）から得られている。瞳分割された視野結像系９０では、反対側にある２個の瞳象限から目標回折格子に対し４５°で目標（群）を照射し、且つ１次ＸおよびＹ回折信号が集光瞳の２個の対向する象限のもう一方に入るように波長および回折格子ピッチを選択する必要がある。瞳分割された視野結像系９０は、プリズムにより光を単離して４個の瞳象限に分離し、各画像が集光瞳の１個の象限からの光を含む４個の視野画像を共通センサに形成する。各目標に対するオーバレイ計測値が、第１次回折により形成された象限における当該目標の強度の差から得られる。これらの動作原理から、各目標像が単一の集光瞳象限（約０．４５ＮＡ）により形成されるため、隣接する目標間、および周辺物体からの外乱を誘発する大きいＰＳＦが生じる。更に、ある瞳象限で照射し、別の象限で集光することで波長と目標ピッチの組み合わせが制限され、１次回折次数内で角解像度の不足により個々の回折次数内の問題領域をマスクアウトする能力が低下し、目標を過剰に覆う照射により、別々の目標を偏光で同時に照射することは現実的に不可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０１６１８６４号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０２９６９７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、検出画像を計測システムの光学系の集光路内の視野面で少なくとも２個の瞳面像に分割する計測方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下は、本発明の基本的な理解を得るべく提供する簡単な概要である。本概要は必ずしも主要な要素を識別するものでも、また本発明の範囲を限定するものでもなく、単に以下の記述の紹介に過ぎない。
【０００９】
本発明の一態様は、照射路および集光路を有し、当該集光路内の瞳面に少なくとも１個の検出器を有する光学系を含む計測システムを提供するものであり、当該光学系は、当該集光路内の少なくとも１個の視野面に、１個の検出画像を少なくとも２個の瞳面像に分割すべく構成された少なくとも１個の光学素子を含んでいる。
【００１０】
本発明の上述の、追加的な、および／または他の態様および／または利点を、詳細な記述から推論可能な、および／または本発明の実施により学習可能な以下の詳細な記述に開示する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の実施形態に対する理解を深め、当該実施形態の実施方法を示すために以下で添付図面を純然たる例として参照するが、各図面を通じて同一参照番号は対応する要素または部分を指している。
【図１】光波散乱計測オーバレイ信号の計測に用いる従来技術の計測光学系の模式図である。
【図２】光波散乱計測オーバレイ信号の計測に用いる従来技術の計測光学系の模式図である。
【図３】光波散乱計測オーバレイ信号の計測に用いる従来技術の計測光学系の模式図である。
【図４】本発明のいくつかの実施形態による、瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図５】本発明のいくつかの実施形態による、瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による、複数の目標照射の独立した偏光制御を行う瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図７】本発明のいくつかの実施形態による、単一の共通アレイセンサで複数の目標を同時に取得する瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図８】本発明のいくつかの実施形態による、単一の共通アレイセンサで複数の目標を同時に取得する瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図９】本発明のいくつかの実施形態による、単一の共通アレイセンサで複数の目標を同時に取得する瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図１０】本発明のいくつかの実施形態による、単一の共通アレイセンサで複数の目標を同時に取得する瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態による、単一の共通アレイセンサで複数の目標を同時に取得する瞳結像光学系の高水準模式図である。
【図１２】本発明のいくつかの実施形態による光学系の高水準模式図および対応する光路の高水準模式図である。
【図１２−１】本発明のいくつかの実施形態による光学系の高水準模式図および対応する光路の高水準模式図である。
【図１２−２】本発明のいくつかの実施形態による光学系の高水準模式図および対応する光路の高水準模式図である。
【図１２−３】本発明のいくつかの実施形態による光学系の高水準模式図および対応する光路の高水準模式図である。
【図１３】本発明のいくつかの実施形態による方法を示す高水準フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な記述を開示する前に、以下に用いる特定の用語の定義を開示することが有用であろう。
【００１３】
本出願で用いる用語「目標」は、周期的構造、典型的には周期的構造（例：回折格子）に１個の周期的構造（例：回折格子）を有する目標セルを指しているがこれに限定されない。用語「目標」および「目標セル」は互いに代替可能に用いられており、開示するシステムおよび方法は実装方式の詳細に応じていずれにも適用できる。
【００１４】
本出願で用いる用語「照射路」および「集光路」は各々、目標の前後で重なり合わない光学系の部分を指す。
【００１５】
本出願で用いる用語「視野面」は光学系内で目標と光学的に共役な任意の光学面、例えば、目標像が形成される光学面を指す。本出願で用いる用語「瞳面」は、光学画像内の目標に関してフーリエ面に等価な任意の光学面を指し、特に中継瞳面とも称する集光路内の瞳面で、各点は目標からの回析光の特定の角度に対応する。
【００１６】
本出願で用いる用語「偏光」は、指定された方向、例えば平面（直線偏光）、螺旋（円偏光）に対して、または他の任意の定義された方向に振動する電磁場を有する電磁放射を指す。本出願で用いる用語「Ｓ偏光」および「Ｐ偏光」は、異なる（例：直交）線形偏光、直線偏光、および円偏光等、任意の２個の識別可能な偏光のモードを指す。特に、接頭辞「Ｓ」および「Ｐ」は単に、異なる偏光モードを示すために用いてられおり、ビームスプリッタ軸に対する直線偏光モードの定義に限定されない。更に、偏光モードは動作中に変更することができる。
【００１７】
以下の説明において、本発明の各種の態様を記述している。説明の目的で、本発明が完全に理解されるよう特定の構成および詳細事項を開示している。しかし、本明細書に示す具体的な詳細事項が無くでも本発明を実施できることは当業者には明らかであろう。更に、本発明を煩雑にしないよう、公知の特徴を省略または簡素化した箇所もある。図面への具体的な言及に関して、図示する詳細事項は例示的であって本発明の図解的説明に過ぎず、本発明の原理および概念的態様を最も有用で容易に理解され得る記述を与える目的で提示している点を強調する。この点で、本発明の基本的な理解に必要である以上には本発明の構造上の詳細事項を示そうとはしておらず、当業者は図面に付随する記述から本発明のいくつかの形状を実際に具体化する方法は明らかになろう。
【００１８】
本発明の少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、以下の記述で開示する、または図面に示す構成の詳細事項および要素の配置への適用に限定されないことを理解されたい。本発明は、開示する実施形態の組み合わせだけでなく、各種の仕方で実施または実行可能な他の実施形態にも適用できる。また、本明細書で用いる語法および用語は説明用に過ぎず、本発明を限定するものと捉えてはならない点を理解されたい。
【００１９】
特に別途記述しない限り、以下の説明から明らかなように、本明細書全体を通じて「処理」、「計算」、「算出」、「決定」、「向上」等の用語を用いた説明は、計算システムのレジスタおよび／またはメモリ内の電子等の物理的な量として表されたデータを、当該計算システムのメモリ、レジスタ、または他の同様の情報記憶、伝送、または表示装置内の物理的な量として同様に表された他のデータに操作および／または変換するコンピュータまたは計算システム、あるいは同様の電子計算装置の動作および／または処理を指すものと理解されたい。
【００２０】
検出画像を計測システムの光学系の集光路内の視野面で少なくとも２個の瞳面像に分割する計測方法および装置を提供する。光学素子を用いて視野面画像を分割することができ、視野面および／または照射光源を空間的に分割することにより、および／または２種類の偏光を用いることにより、複数の目標または目標セルを同時に計測することができる。複数の目標または目標セルを同時に取得することにより、開示する計測システムのスループットが向上する。
【００２１】
本発明の複数の実施形態が、回折次数内の角解像度で複数のオーバレイ目標を同時に計測、（外乱を最小化すべく）各目標像を高ＮＡ（開口数）で形成、およびスペクトル調整の柔軟性向上を図る効果的且つ経済的なシステム、方法、および機構を提供する。開示するシステムおよび方法は、ＳＣＯＬ目標の同時オーバレイ計測を行い、効率的な照射を行うべく、回折格子が重なりあった２個以上のオーバレイ目標を複数の照射ビームにより同時に照射し、別々の目標からの光を集光視野面で単離および分離し、各目標からの瞳像を、別々のアレイセンサに、または（各回折次数内の角解像度を与えるべく）空間的に分離された状態で１個の共通アレイセンサに形成して、複数の目標から相対回折効率の同時取得を可能にする。
【００２２】
また、開示するシステムおよび方法は、目標の内部の照射を単離して、目標間における、および周辺物体からの外乱を最小化し、制御可能な目標毎の照射偏光を提供し、恐らくは視野位置による単離の前に集光偏光により別々の目標から信号を分離して、計測の合間に台座の移動を必要とせずに単一視野内で５個以上の目標の連続計測のためプログラム可能な照射および集光視野絞りを可能にすることにより、計測効率を向上させる。
【００２３】
有利な特徴として、開示するシステムおよび方法はまた、照射ＡＯＩ（入射角）を調整して所与の目標回折ピッチに対して波長の範囲を設定可能にし、高ＮＡ（典型的には０．９３ＮＡ以上）を集光して集光ＰＳＦ（点広がり関数）のサイズを最小化することにより隣接する目標間の外乱、および周辺物体からの外乱を最小化し、角重み付けマスクを適用して瞳内で問題のある特徴を除去すべく瞳像内角解像度を与え、目標を覆い過ぎない照射により、照射偏光の目標毎の制御を可能にする。特に、目標セルを空間的に覆い過ぎない照射により、セル間信号を乱すリスク無しに、別々の目標セルを異なる偏光および波長で照射することが容易になる。
【００２４】
本発明の上述の、および他の態様を図４〜１３に非限定的に示し、これらの素子は任意の動作可能な組み合わせで組み合わせることができる。特定の素子を特定の図に示し、他の図には示していないのは単に説明目的であって、本発明を限定するものではない。計測システムおよび光学系を用いて、別々の目標層における周期的構造間でオーバレイを生成および計測することができる。
【００２５】
図４、５は、本発明のいくつかの実施形態による、瞳結像光学系１００の高水準模式図である。光学系１００は、照射光源６２を有する照射路１１１および検出器１１５Ｂ、１１５Ａを有する集光路１１９を含んでいる。ビームスプリッタ６５が、（例示的且つ非限定的な例としての）２個のＳＣＯＬ目標１１３へ照射光を誘導し、対物レンズ６４を介して反射信号を集光路１１９へ誘導する。光学系１００は、視野画像を分割して複数の瞳像を検出器１１５Ａ、１１５Ｂに生成する光学素子１１０を集光路１１９の視野面１０４に含んでいる。光学素子１１０は、非限定的にプリズムとして示されていて、別々の目標セル（例：回折格子（群）、デジタルマイクロミラー装置（群）等）により生じた瞳分布の単離を可能にする任意の光学要素を含んでいてよい。光学素子１１０は、以下に例示する実装の詳細事項に応じて、反射性または屈折性を有するように構成されていてよい。
【００２６】
光学系１００内の光学面は、視野面１０２上の目標１１３および対物レンズ瞳１０３（模式的に示す）に対して画定された、照射路１１１の瞳面１０１、および集光路１１９内の視野および瞳面１０４、１０５として示されている。隣接する画像は各々、照射瞳１０１、（視野面１０２上の）照射目標１１３、集光瞳１０３（０次および１次回折次数）に現れる典型的な画像、視野面１０４上で光学素子１１０により分割された視野画像、および１０２に現れる左側目標および右側目標からの瞳像に各々対応する、アレイセンサ（検出器）１１５Ａ、１１５Ｂに現れる瞳像１０５Ａ、１０５Ｂを示す。図５において、光学系１００は中継瞳面１０７に、瞳像および瞳面１０５Ｂ、１０５Ａから０次数を除去する０次ブロック１１８を含んでいる。
【００２７】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、インコヒーレント照射（例：アーク灯ＬＤＬＳ、レーザー駆動光源、斑点解消レーザーとしての照射光源６２）、目標上の静止コヒーレントスポット（例えばレーザーによる）および／または目標上で走査されたコヒーレントスポット（例えばレーザーによる）等、任意の種類の照射コヒーレンスを有するように構成されていてよい。
【００２８】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、固定狭スペクトル、有限個数の離散的な狭スペクトルから選択されたスペクトル、および／または広スペクトルを発する光源から選択された狭スペクトル等、任意の種類の照射波長スペクトルを有するように構成されていてよい。
【００２９】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、照射瞳（１０１）に固定した光分布および／または調整可能またはプログラム可能な光分布等、任意の種類の光分布を有するように構成されていてよい。複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、照射瞳１０１にハードアパーチャトランケーションおよび／またはアポダイズド（段階的）トランケーション等、任意の種類の光トランケーションを行うべく構成されていてよい。
【００３０】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、照射視野面に任意の種類の照射スポット分割、例えば無分割（目標の過剰被覆）、各目標専用の別々の照射光源（ファイバ）、照射瞳１０１の前に配置されていて各目標に別々の照射スポットまたはパッチを生成すべく構成された反射または屈折プリズムおよび／または各目標に別々の照射スポットまたはパッチを生成すべく構成された照射瞳１０１に回折格子（ビーム増倍器）を有するように構成されていてよい。走査コヒーレントスポット構成において、走査機構が２個以上の目標のスポットに共通であってよい点を注意しておく。
【００３１】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、任意の種類の照射偏光、例えば照射視野（１０１）全体にわたる共通の固定された照射偏光、計測間で切り替え可能な全照射視野にわたる共通照射偏光、別々の目標に対する、但し可変（切り替え可能）ではない、異なる照射偏光、および／または別々の目標に対する、異なる切り替え可能な照射偏光方式を有するよう構成されていてよく、後者のオプションを以下で図６に模式的に示す。
【００３２】
図６は、本発明のいくつかの実施形態による、複数の目標照射の独立した偏光制御を行う瞳結像光学系１００の高水準模式図である。光学系１００の照射路１１１は、対応する視野絞り１２１−Ｓ、１２１−ＰおよびＳおよびＰ偏光照射光を併合すべく構成された偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を有するＳおよびＰファイバ等のＳおよびＰ偏光照射光源１２０−Ｓ、１２０−Ｐを含んでいてよい。隣接画像に示すように、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２と記された４個の目標（目標セル）を、図示する構成において同時に計測することができる（対応する目標１１３Ｓ、１１３Ｐを覆う線により視野面１０２での偏光方向を模式的に示している）。オプションとして、照射源１２０−Ｓ、１２０−Ｐは異なる波長範囲にあって、目的視野面１０２で目標１１３を同時に照射してもよい。
【００３３】
本出願で用いる用語「Ｓ偏光」および「Ｐ偏光」が、異なる（例：直交する）複数の直線偏光、単一直線偏光、および単一円偏光等、任意の２個の識別可能な偏光モードを指すことを明示的に注記する。特に、接頭辞「Ｓ」および「Ｐ」は単に、異なる偏光モードを示すために用いられており、ビームスプリッタ軸に対する直線偏光モードの画定に限定されない。最も一般的な実装方式は、ウェーハでの水平直線および垂直直線偏光であってよいが、偏光状態の実際の差違は柔軟に設定することができる。例えば、あるチャネル（例えば「Ｓ」）に水平直線偏光を使用し、他のチャネル（例えば「Ｐ」）に左側円偏光を使用することができる。「Ｓ」および「Ｐ」はまた、左側および右側の円偏光または任意の楕円偏光を示すことができる。以下に述べる偏光ビームスプリッタはいずれも、２個の直交直線偏光状態以外の実装方式において、対応する非偏光ビームスプリッタおよび恐らくは追加的な光学素子で代替することができる。
【００３４】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、視野絞り無し、目標（群）を過剰に覆う単一開口、各開口が個々の目標を覆い過ぎない複数の開口（例えば図６、１２、１０に示す光学系１００参照）、および／または視野開口の連続的な位置調整により台座（ウェーハ）の移動を必要とせずに単一視野内で５個以上の目標の計測を可能にするプログラム可能な開口等、任意の種類の照射視野絞りを有するように構成されていてよい。複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、照射視野にハードアパーチャトランケーションおよび／またはアポダイズド（段階的）トランケーション）等、任意の種類の光トランケーションを行うべく構成されていてよい。
【００３５】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、完全開口集光（典型的には０．９０ＮＡ超）、０次反射だけの遮断（１１８、例えば図５、７、８、９、１０に示す光学系１００参照）、および／またはオーバレイ計測に必要な回折次数以外の瞳全体の遮断等、任意の種類の集光瞳（１０３）を有するように構成されていてよい。
【００３６】
複数の実施形態において、開示する光学系１００はいずれも、集光瞳１０３に偏光フィルタが無い、全ての目標に共通な集光の偏光フィルタ、および／または別々の目標に対して異なる選択可能な偏光フィルタ（群）（例えば、図１１、１２に示す光学系１００参照）等、任意の種類の集光偏光方式を有するよう構成されていてよい。
【００３７】
図７〜１１は、本発明のいくつかの実施形態による、単一の共通アレイセンサ１１５で複数の目標の同時取得を行う瞳結像光学系１００の高水準模式図である。図７、８において、光学系１００は、照射光源６２を有する照射路１１１および単一検出器１１５を有する集光路１１９を含んでいる。ビームスプリッタ６５が、（例示的、且つ非限定的な例として）２個のＳＣＯＬ目標１１３へ照射光を誘導し、対物レンズ６４を介して反射信号を集光路１１９へ誘導する。光学系１００は、視野画像を分割して複数の瞳像を検出器１１５に生成する光学素子１１０を集光路１１９の視野面１０４に含んでいる。光学系１００内の光学面は、視野面１０２上の目標１１３および対物レンズ瞳１０３（模式的に示す）に対して画定された、照射路１１１内の瞳面１０１、および集光路１１９内の視野および瞳面１０４、１０５）として示されている。図示する例において、光学系１００はまた、瞳面１０５で瞳像から０次回折次数を除去する０次ブロック１１８を中継瞳面１０７を含んでいる。図７において、隣接する画像は各々、照射瞳１０１、照射目標１１３（視野面１０２上でＸ１、Ｘ２と表記）、集光瞳１０３（０次および１次回折次数）、０次回折次数が遮断された中継瞳面１０７に現れる典型的な画像、視野面１０４上で光学素子１１０により分割された視野画像、および視野面１０２内の両方の目標Ｘ１、Ｘ２の瞳像をアレイセンサ（検出器）１１５に同時に含む瞳像１０５を示す。
【００３８】
光学素子１１０は、図７では屈折プリズムとして、図８（完全実施形態）では反射プリズムとして構成されており、反射プリズム１１０Ａ、各々発散または収束性の屈折プリズム１１０Ｂ、１１０Ｃ等、様々な種類のプリズムを変形例として図８に示す。集光視野１０４は、視野面画像を分離する屈折または反射プリズム１１０（図７、１１〜１２、および図４〜６および８に各々非限定的な例として示す）等、任意の光学機器により、別々の目標または目標セルに単離できる点を注記しておく。
【００３９】
視野面１０４において、視野絞りには目標（群）よりも大きい単一の開口が無くても、または有ってもよい。代替的または補完的に、集光視野絞りは、各開口が個々の目標をアンダーサンプリングする複数の開口を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、集光視野絞りは、特に以下で図１２に示すような、不要な目標、例えばＰ偏光集光チャネルのＳ偏光目標から光を遮断する単一または複数の開口（光学系１００−Ｘ−Ｓ、１００−Ｙ−Ｐ内の１０４−Ｓ、１０４−Ｐ）を含んでいてよい。代替的または補完的に、集光視野絞りは、開口の連続的な位置調整により台座の移動を必要とせずに単一のＦＯＶ（視野）内で５個以上の目標を計測可能にすべく構成されたプログラム可能な開口を含んでいてよい。
【００４０】
図９に、４個の目標１１３からの信号を単一アレイセンサ１１５で同時に取得し、照射瞳１０１、目標平面１０２（Ｘ１、Ｘ２は、Ｘで示す方向に周期的構造を有する目標セルを表し、Ｙ１、Ｙ２は、Ｘに垂直なＹで示す別の方向に周期的構造を有する目標セルを表す）、集光瞳面１０３（スポットはＸ、Ｙ方向の０次回折次数およびＸ、Ｙ方向の±１次回折次数を表す）、ＸおよびＹ方向の０次回折次数を除外する０次遮断部１１８を有する中継瞳１０７に現れる画像、および４個の目標（Ｘ１、Χ２、Ｙ１、Ｙ２）に対応する領域に分割された、検出器１１５に現れる瞳面像１０５およびそれらの１次回折信号を模式的に示す。分割は、中継視野面１０４の光学素子１１０により視野面１０４で実行される。図９において、セルは、照射により空間的に過剰に覆われ、集められた光は、集光アーム上の、セルよりも小さい視野絞りによりセルの内部に拘束される。
【００４１】
図１０に、照射視野絞り１０１Ａで単離された視野照射による、４個の目標１１３からの信号の単一のアレイセンサ１１５による同時取得を模式的に示す。図１０において、セルは、（セルよりも小さい照射視野絞り、またはセル境界内に限られるスポット走査のいずれかにより）空間的に覆い過ぎないように照射される。集光視野絞り（存在すれば）は迷光を制限するためだけに用いられ、光をセル境界内に閉じ込める役割は果たさない。
【００４２】
センサ（検出器）１１５が、目標毎に別々のアレイセンサ（例：図４〜６）および／またはセンサの異なる領域に配置された分割瞳像を有する単一のアレイセンサ（例：図７、８、１０、１２）を含んでいてよい点を注記しておく。
【００４３】
図１１において、目標集光は更に偏光により単離される。図７に示す光学系１００の設計に基づいて、図１１では照射路１１１は、対応する視野面絞り１２１−Ｓ、１２１−Ｐを備えたＳ偏光およびＰ偏光照射光源１２０−Ｓ、１２０−Ｐを含み、両者は偏光ビームスプリッタ１２３を介して組み合わされて目標１１３を照射する。集光路１１９において、目標１１３からの反射および回折信号は偏光ビームスプリッタ１２５により瞳面１０７で分割されて、例えば図７に示す光学系１００の集光路で記述したように、対応する光学素子１１０−Ｓ、１１０−Ｐで分割された後で、各々瞳面１０５−Ｓ、１０５−Ｐ上の検出器１１５−Ｓ、１１５−Ｐへ誘導される。
【００４４】
図１２は、本発明のいくつかの実施形態による光学系１００の高水準模式図および対応する光路の模式的画像である。図１１に基づいて、図１２は、複数のＳおよびＰ偏光照射光源１２０−Ｓ、１２０−Ｐ（各々が少なくとも１本の単一モードファイバを有し、非限定的に２本のファイバを示している）、スキャナ１３０−Ｓ、１３０−Ｐ（例えばＸ／Ｙ圧電スキャナ）、瞳面１０１−Ｓ、１０１−Ｐの各々の瞳アポダイジング開口１３１−Ｓ、１３１−Ｐ、および対応する照射光を偏光ビームスプリッタ１２５へ伝送し、対応する集光ビームを偏光ビームスプリッタ１２５から受光する対応（非偏光）ビームスプリッタ６５−Ｓ、６５−Ｐを用いて光学系１００の能力を更に向上させる。偏光ビームスプリッタ１２５は、異なる仕方で偏光する光源からの照射光を組み合わせて、対物レンズ６４を介して目標１１３から検出器１１５−Ｓ、１１５−Ｐへ進み、ビームスプリッタ６５−Ｓ、６５−Ｐと光学素子１１０−Ｓ、１１０−Ｐを介して戻る、反射および回折信号を分割する。ミラーおよび追加的な光学素子を用いて照射および集光路１１１、１１９を最適化することができる。
【００４５】
上記に対応して、図１２は更に、１００−Ｘ−Ｓと表記するＳ偏光チャネルで照射および集光されたＸ方向目標、１００−Ｙ−Ｐと表記するＰ偏光チャネルで照射および集光されたＹ方向目標、並びに１００−Ｘ、Ｙ−Ｓと表記するＳ偏光チャネルで照射および集光されたＸおよびＹ方向目標を有する実施形態の模式的画像を示す。照射視野絞りおよび／またはＳおよびＰ照射チャネルの単一モードスポット位置を用いてどの目標セルがＳまたはＰ光により照射されたかを決定することができる。同様に、ＳおよびＰ集光チャネルの視野絞りを用いてどの目標セルがＳまたはＰ「アナライザ」で計測されたかを決定することができる。このようにして、照射偏光および集光アナライザの任意の順列を構成することができる。
【００４６】
１００−Ｘ−Ｓおよび１００−Ｙ−Ｐについて、出射口１２４−Ｓ、１２４−Ｐ、アポダイズド照射開口１０１−Ｓ、１０１−Ｐ、および各々模式的Ｘ１、Ｘ２およびＹ１、Ｙ２で示す視野面１０２でウェーハ上の目標１１３を同時に覆い過ぎないように照射すべく構成された視野面１０１Ａ−Ｓ、１０１Ａ−Ｐの視野絞り内で走査されたスポットの画像で照射路を示す。集光瞳１０３での０次および１次回折次数の対応画像は、対応する集光視野プリズム１１０−Ｓ、１１０−Ｐにより分割され、集光視野絞り１０４−Ｓ、１０４−Ｐを介して伝送されてアレイセンサ（検出器）１１５−Ｓ、１１５−Ｐに一群の瞳像の同時に生成することができる。
【００４７】
１００−Ｘ，Ｙ−Ｓにおいて、４個のファイバ出口を、４個の目標セルの全てについて検出器１１５−Ｓに一群の瞳像を同時に生成する出射口１２４−Ｓとして示す。同様に、４個のＰ偏光出射口を用いてもよい（図示せず）、光学系１００を、ＳおよびＰ照射チャネル１２０−Ｓ、１２０−Ｐの両方に４個の単一モード線形偏光ファイバで実装して、各々が４個の目標（目標セル）１１３のうち１個に整列した４個のＳおよび４個のＰスポットを生成することができる。所与の任意の目標（セル）１１３に対して、ＳまたはＰファイバのいずれかを制御して所与の時点で発光させることができ、スポット走査は、全てのＳスポットおよび全てのＰスポットに共通であるように実行することができる（スキャナ１３０−Ｓ、１３０−Ｐを参照）のために行うことができる）を。図１２に更に示すように、光学系１００は、４本のＳビームに共通の照射開口、および４本のＰビームに共通の照射開口を含んでいてよく、ＳおよびＰチャネルにおいて、各開口が別々の目標に整列した多開口照射視野絞りを視野面１０１Ａ−Ｓ、１０１Ａ−Ｐに備えている。照射されない目標の開口は遮断されていても、いなくてもよい。ＳおよびＰ集光チャネル上で中継視野面１０４−Ｓ、１０４−Ｐに開口を有する視野絞りは、Ｓ集光チャネルでＰ照射目標を、Ｐ集光チャネルでＳ照射目標を遮断すべく構成されていてよい（図１２に示さない遮断部１１８として。図５、７、８参照）。屈折プリズム１１０−Ｓ、１１０−Ｐは、各目標からの光を分離して、各目標からの瞳像を別々のＳおよびＰアレイセンサ１１５−Ｓ、１１５−Ｐの象限に位置させるべく、ＳおよびＰ集光チャネルの視野面に配置されていてよい。
【００４８】
特定の実施形態において、ＳビームおよびＰビームは、異なるスペクトル波長を有するように構成されていてよい。代替的または補完的に、直交目標セル（例えばＸおよびＹ方向の）を異なるスペクトル波長で（同一対物レンズ視野１０２内で同時に）照射することができる。例えば、図１２において、４本のＳ偏光照射ファイバ１２０−Ｓおよび４個のＰ偏光照射ファイバ１２０−Ｐは、各目標を異なるスペクトル波長で照射することができる。例えば、Ｘ方向に向けられた目標およびＹ方向に向けられた目標を異なる（恐らくは部分的に重なり合う）スペクトル波長範囲で照射することができる。同様のスペクトル微分を、例えば図６、１１に示す実施形態において実行することができる。
【００４９】
図１３は、本発明のいくつかの実施形態による方法２００を示す高水準フロー図である。本方法の各ステップは、オプションとして方法２００を実装すべく構成された上述の光学系１００に対して実行することができる。方法２００は、検出画像を計測システムの光学系の集光路内の視野面で少なくとも２個の瞳面像に分割するステップ（ステップ２１０）を含んでいる。
【００５０】
方法２００は更に、計測システムの少なくとも１個の検出器により当該少なくとも２個の瞳面像を同時に取得するステップ（ステップ２２０）を含んでいてよい。方法２００は、当該少なくとも２個の瞳面像を、単一検出器により検出するステップ（ステップ２２２）および／または少なくとも２個の対応する検出器により検出するステップ（ステップ２２４）を含んでいてよい。方法２００は、少なくとも４個の目標に対応する少なくとも４個の瞳面像を同時に取得するステップ（ステップ２２５）を含んでいてよい。
【００５１】
方法２００は、２個の垂直に偏光された照射光源を有するように光学系の照射路を構成するステップ（ステップ２３０）を更に含んでいてよく、少なくとも２個の対応する検出器により当該少なくとも２個の瞳面像を検出するステップ（ステップ２３２）を更に含んでいてよい。
【００５２】
方法２００は更に、２個の垂直に偏光された照射光源を含むように照射路を構成し（ステップ２３０）、２個の垂直に偏光された検出器を含むように集光路を構成して（ステップ２４２）、更に、対応して偏光された照射から生じた少なくとも２個の瞳面像を検出すべく検出器の各々を構成する（ステップ２４４）ことにより、光学系の照射路および集光路を偏光させるステップ（ステップ２４０）を含んでいてよい。
【００５３】
方法２００は更に、２個の垂直に偏光された照射光源の各々を、照射路内の視野面で空間的に分離された少なくとも２個の照射光源を含むように構成するステップ（ステップ２３４）を含んでいてよい。オプションとして、当該少なくとも２個の照射光源は異なる波長範囲にあってよい。
【００５４】
方法２００は更に、照射光源のうち少なくとも１個により少なくとも１個の目標セル内を走査するステップ（ステップ２５０）を含んでいてよい。
【００５５】
方法２００は更に、集光路内の瞳面で０次回折次数を遮断するステップ（ステップ２６０）を含んでいてよい。
【００５６】
上述の説明において、実施形態とは、本発明の例または実装方式である。「ある実施形態」、「一実施形態」、「特定の実施形態」、または「いくつかの実施形態」等の各種表現の全てが必ずしも同一実施形態を指す訳ではない。本発明の様々な特徴を単一の実施形態の文脈で記述している場合があるが、これらの特徴はまた、別々に、あるいは任意の適当な組み合わせで提供することができる。逆に、本明細書では本発明を分かり易く別々の実施形態の文脈で記述しているが、本発明を単一の実施形態で実装することもできる。本発明のある実施形態は、上で開示した実施形態とは異なる特徴を含んでいてよく、ある実施形態は上で開示した他の実施形態からの要素が組み込まれていてよい。本発明の要素の特定の実施形態の文脈での開示は、それらの使用が当該特定の実施形態だけに限定されると解釈してはならない。更に、本発明が様々な仕方で実行または実施可能であり、且つ本方法が上述の説明で概説したもの以外の特定の実施形態で実装可能である点を理解されたい。
【００５７】
本発明は、上述の図面または対応する説明に限定されない。例えば、処理フローは図示した各々のボックスまたは状態を通る必要は無く、または図示および説明したのと厳密に同じ順序で実行されなくてもよい。本明細書で用いる技術的および科学的用語の意味は、別途定義されない限り、本発明が属する技術分野の当業者が共通に理解する筈である。本発明について限られた数の実施形態に関して説明してきたが、これらが本発明の範囲を限定するものと解釈してはならず、いくつかの好適な実施形態の実施例として解釈されたい。他の可能な変形、変更および、適用もまた本発明の範囲内である。従って、本発明の範囲は上述の内容に限定されるものではなく、添付の請求項およびその法律的等価物により限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１２−３】
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【図１２−４】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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